Core-shell-structured Co@Co4N nanoparticles encapsulated into MnO-modified porous N-doping carbon nanocubes as bifunctional catalysts for rechargeable Zn–air batteries

过电位 双功能 材料科学 催化作用 化学工程 双金属片 电化学 纳米颗粒 多孔性 析氧 碳纤维 金属 纳米技术 电极 化学 复合材料 冶金 有机化学 复合数 物理化学 工程类
作者
Fengmei Wang,Huimin Zhao,Yiru Ma,Yu Yang,Bin Li,Yuanyuan Cui,Ziyang Guo,Lei Wang
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:50: 52-62 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2020.03.006
摘要

Designing the highly catalytic activity and durable bifunctional catalysts toward oxygen reduction/evolution reaction (ORR/OER) is paramount for metal–air batteries. Metal–organic frameworks (MOFs)-based materials have attracted a great deal of attention as the potential candidate for effectively catalyzing ORR/OER due to their adjustable composition and porous structure. Herein, we first introduce the Mn species into zeolitic-imidazole frameworks (ZIFs) and then further pyrolyze the Mn-containing bimetallic ZIFs to synthesize core-shell-structured [email protected]4N nanoparticles embedded into MnO-modified porous N-doped carbon nanocubes ([email protected]4N/MnONC). [email protected]4N/MnONC exhibits the outstanding catalytic activity toward ORR and OER which is attributed to its abundant pyridinic/graphitic N and Co4N, the optimized content of MnO species, highly dispersed catalytic sites and porous carbon matrix. As a result, the [email protected]4N/MnONC-based Zn–air battery exhibits enhanced performances, including the high discharge capacity (762 mAh gZn−1), large power density (200.5 mW cm−2), stable potential profile over 72 h, low overpotential (<1.0 V) and superior cycling life (2800 cycles). Moreover, the belt-shaped [email protected]4N/MnONC cathode-based Zn–air batteries are also designed which exhibit the superb electrochemical properties at different bending/twisting conditions.

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